薄煤層滾筒式采煤機截割能力確定與評價方法

1、    薄煤層滾筒式采煤機截割能力確定與評價方法    李成偉等摘要：為確定薄煤層滾筒式采煤機截割能力，應(yīng)首先滿足采煤機滾筒單齒提供的平均截割力大于在考慮地質(zhì)條件、截齒幾何形狀等因素下滾筒截割煤巖時單齒所需要的截割力，然后按照滾筒不發(fā)生堵轉(zhuǎn)、裝煤能力、截割性能和最佳切削厚度等綜合確定滾筒的合理轉(zhuǎn)速，獲得最佳的工作性能；并指出了薄煤層采煤機獲得較好的截割性能的途徑和方法。關(guān)鍵詞：薄煤層 滾筒式采煤機 截割能力 轉(zhuǎn)速滾筒式采煤機是綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，其工作性能的好壞直接影響到工作面的生產(chǎn)效率。對薄煤層開采而言，采煤機不但具有截割煤體的能力，而且還需在遇到煤

2、層變薄、夾矸層、過斷層等情況下截割一定厚度頂?shù)装鍘r石的能力，與中厚煤層采煤機相比應(yīng)更具有較強的截割力。中厚煤層采煤機往往采用低轉(zhuǎn)速來獲得較大截割力，而薄煤層采煤機為獲得較好的裝煤效果往往采用較高的轉(zhuǎn)速，因此有必要考慮在一定地質(zhì)條件和滾筒轉(zhuǎn)速的情況下對其截割能力進行確定與評價。1 鎬型截齒破煤巖截割力計算分析根據(jù)單齒在煤巖體表面進行截割的受力分析，同時考慮截齒的幾何形狀、礦山壓力、煤巖的物理機械性質(zhì)等影響因素，作用在截齒上的平均截割力p1按下式計算：由式（1）看出，在考慮一定地質(zhì)條件和截齒幾何形狀的條件下，影響截割煤巖所需要的截割力的主要因素有：煤巖的截割阻抗、煤巖的抗拉強度、截割深度和截齒形狀

3、等。2 滾筒式采煤機滾筒截割能力計算采煤機滾筒的截割能力不但與截齒自身材料和強度有關(guān)，而且與采煤機滾筒的牽引速度、裝機功率、滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒尺寸等密切相關(guān)。在不計傳動損失時，滾筒采煤機原有的截割能力為：z單個滾筒的截齒總數(shù)。由式（24）可以看出，在采煤機裝機功率（n）和滾筒直徑（d）一定時，滾筒具有的截割力矩和單齒截割力與滾筒轉(zhuǎn)速與截齒數(shù)成反比例關(guān)系。因此，在薄煤層開采條件下，滾筒具有較好的截割能力，還應(yīng)考慮滾筒裝煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原則，獲得合理的滾筒截齒數(shù)和滾筒轉(zhuǎn)速，從而提高滾筒的平均截割力和單齒截割力，實現(xiàn)強力截割。3 薄煤層采煤機滾筒截割能力的確定在薄煤層開采技術(shù)條件下，

4、薄煤層采煤機滾筒參數(shù)的確定要考慮的因素較多。滾筒不但要具有截割堅硬煤層的能力，而且要具有截割夾矸層、一定厚度頂?shù)装鍘r石的能力，所以在確定采煤機截割參數(shù)時，要充分考慮到在一定地質(zhì)條件、截齒幾何形狀等因素影響下滾筒單純截割煤巖時單齒所需要的截割力（p1），即采煤機滾筒單齒平均截割力所滿足的臨界條件為：p2p1。此時，采煤機才不會在過負(fù)荷狀態(tài)下工作，保護采煤機搖臂銷軸和搖臂電機不受損壞，也可減小采煤機截齒消耗量，延長采煤機的使用壽命。4 薄煤層采煤機滾筒合理轉(zhuǎn)速的確定4.1 滾筒不發(fā)生堵轉(zhuǎn)的臨界轉(zhuǎn)速采煤機滾筒除完成截割要求外，應(yīng)能將破碎下來的煤裝入運輸機中。因此，滾筒轉(zhuǎn)速的最低值必須保證在一定采煤機

5、生產(chǎn)率下，按滾筒的裝煤能力大于其截割能力來確定。若滾筒實際轉(zhuǎn)速低于滾筒臨界轉(zhuǎn)速，則滾筒裝煤能力小于其落煤能力，滾筒工作中將出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。4.2 保證獲得最佳切削厚度的轉(zhuǎn)速從理論上講，除滾筒轉(zhuǎn)速必須大于臨界轉(zhuǎn)速外，為了降低截割比能耗，增大塊煤率和減少粉煤量，還應(yīng)考慮與牽引速度的匹配，以保證在常用牽引速度范圍內(nèi)，能獲得較大的切屑厚度。根據(jù)試驗研究切屑厚度與截割比能耗呈雙曲線的變化關(guān)系，與截割阻力成正比關(guān)系。所以，可取能耗較少的切屑厚度為最佳切屑厚度，一般取3060mm。對于薄煤層而言，在小直徑滾筒情況下按照最佳切削厚度計算的滾筒轉(zhuǎn)速要大于滾筒不發(fā)生堵轉(zhuǎn)時計算的滾筒轉(zhuǎn)速。在滾筒轉(zhuǎn)速確定之后，要按照（

6、1）式和（4）式驗證滾筒轉(zhuǎn)速的合理性，以獲得較好的滾筒截割性能。5 結(jié)語在薄煤層開采技術(shù)條件下，薄煤層采煤機滾筒參數(shù)的確定要考慮的因素較多。滾筒不但具有截割堅硬煤層的能力，而且具有截割夾矸層、一定厚度頂?shù)装鍘r石的能力，所以在確定采煤機截割參數(shù)時，首先應(yīng)滿足采煤機滾筒單齒所提供的平均截割力（p2）大于或等于在考慮一定地質(zhì)條件、截齒幾何形狀等因素影響下滾筒單純截割煤巖時單齒所需要的截割力（p1），即：p2p1。此時，采煤機才不會在過負(fù)荷狀態(tài)下工作，保護采煤機搖臂銷軸和搖臂電機不受損壞，也可減小采煤機截齒消耗量，延長采煤機的使用壽命。滾筒具有的截割能力取決于采煤機的裝機功率、滾筒直徑、轉(zhuǎn)速和滾筒的截

7、齒數(shù)。對薄煤層采煤機而言，應(yīng)在考慮采煤機截割能力、裝煤要求，并按最佳切屑厚度和最佳截距的原則，獲得合理的滾筒截齒數(shù)和滾筒轉(zhuǎn)速，從而提高滾筒的平均截割力和單齒截割力實現(xiàn)強力截割。對薄煤層采煤機而言，應(yīng)按照滾筒不發(fā)生堵轉(zhuǎn)、滿足裝煤要求、截割性能和最佳切削厚度等綜合確定滾筒的合理轉(zhuǎn)速。在滾筒轉(zhuǎn)速確定之后，要按照（1）式和（4）式驗證滾筒轉(zhuǎn)速的合理性，以獲得較好的滾筒截割性能。根據(jù)薄煤層采煤機對不同硬度的煤層有更強的適應(yīng)性，考慮到截割夾矸層和一定厚度頂?shù)装宓男枰?，采煤機最好設(shè)計成雙速或多速滾筒，以使采煤機能獲得最佳的截割工況和截割效率。參考文獻：1劉春生.滾筒式采煤機理論設(shè)計基礎(chǔ)m.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.2錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制m.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.3周潔，朱正龍，陳均偉.低速截割是提高滾筒采煤機截割能力的有效途徑j(luò).煤礦機械，2008，29（10）：146-147.4施平，